DE102014222432A1

DE102014222432A1 - Aktives Abgasimpulsmanagement

Info

Publication number: DE102014222432A1
Application number: DE201410222432
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Wade; David Currie
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2015-05-07
Also published as: US9482148B2; RU2014143237A; RU2014143237A3; CN104632340B; US20150121862A1; RU2665091C2; CN104632340A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Anpassen eines Volumensteuerventils bereitgestellt, das an einen Zweig eines geteilten Abgaskrümmers in einem aufgeladenen Motorsystem angeschlossen ist. Es werden Volumensteuerventilanpassungen bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen verwendet, um die Leistung und das Ladedruckverhalten des Motors zu verbessern. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst ein Schließen des Volumens als Reaktion auf ein Gasgeben, wenn erhöhter Ladedruck zum Hochfahren der Abgasturbine benötigt wird.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein gesteuertes Volumen mit Ventil, das mit einem geteilten Abgaskrümmer in einem aufgeladenen Motorsystem gekoppelt ist.
Geteilte Abgaskrümmer mit Impulstrennung können verwendet werden, um dem Turbolader höheren Abgasdruck zuzuführen, der zu verbesserter Turbomotorleistung führt. Getrennte Abgaswege verhindern außerdem das Einfangen von Gasen in benachbarten Zylindern, das Fehlzündung des Zylinders verursachen kann. Es können verschiedene Ansätze zum Steuern des Abgaskrümmerdrucks und der Turbinendrehzahl bei veränderlichen Betriebsbedingungen verwendet werden, um den Ladedruck zu regeln.
Ein beispielhafter Ansatz wird von Danet et al. in WO 2008/078020 dargestellt, wobei das aufgeladene Motorsystem einen Abgaskrümmer mit veränderlichem Volumen umfasst. Dabei wird Abgasstrom über zwei getrennte Wege zu zwei Spiralen des Turboladers geleitet, um Ladedruck- und Motordrehzahlregelung bereitzustellen. Die geteilten Abgasrohre sind jeweils mit einem Speichervolumen stromaufwärts der Turbine verbunden, und jedes Volumen wird durch ein Klappenventil gesteuert, welches das Speichervolumen basierend auf der Motordrehzahl öffnet oder schließt. Bei niedriger Motordrehzahl werden die Speichervolumina geschlossen, um den Abgasdruck zu bewahren, aber bei hohen Motordrehzahlen werden die Speichervolumina geöffnet, um das Abgasvolumen zu erhöhen und Pumpverluste zu reduzieren. Das Ventil kann auch eine halbgeschlossene oder halbgeöffnete Position einnehmen.
Die Erfinder hiervon haben potenzielle Probleme bei dem zuvor erwähnten Ansatz identifiziert. Selbst wenn geteilte Krümmer Impulserhaltung bieten, können sie in Abhängigkeit von der Motordrehzahl Abgasventile unter einigen Bedingungen höheren Drücken aussetzen. Zum Beispiel können Abgasdruckpulsationen im geteilten Krümmer selbst bei niedrigen Drehzahlen hoch genug sein, um die Abgasventile zu ungelegenen Zeitpunkten im Verbrennungszyklus zwangsweise zu öffnen. Zum Beispiel können Abgasdruckimpulse Spitzenabgasdrücke im geteilten Krümmer erzeugen, die hoch genug sind, um ein Abgasventil während eines Ansaughubs des Zylinders zwangsweise zu öffnen und unbeabsichtigterweise Abgase in den Zylinder eintreten zu lassen. Dies kann negative Folgen haben, welche einen erheblichen Verlust der Leistung und des Wirkungsgrads des Motors bei Erhöhung der Verbrennungsinstabilität umfassen.
Die Erfinder hiervon haben die zuvor erwähnten Probleme erkannt und verschiedene Ansätze identifiziert, um sie zu behandeln.
Ein Ansatz stellt ein Verfahren bereit, das ein Öffnen eines Volumensteuerventils auf einem geteilten Abgaskrümmer eines Motors als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen, aber Schließen des Volumens als Reaktion auf ein Gasgeben durch einen Betreiber umfasst. So kann zum Beispiel, selbst wenn Motordrehzahlbedingungen ein offenes Ventil für einen gewünschten stationären Motorwirkungsgrad vorschreiben können, die erhöhte Turboladerhochlauf-Ansprechempfindlichkeit, die bei einer geschlossenen Ventilposition erhalten wird, die gewünschte Betreiberleistung bereitstellen. Demnach kann durch wenigstens vorübergehendes Schließen des Ventils während solcher transienter Zustände eine verbesserte Leistung erreicht werden. Sobald die Transiente durchlaufen ist (z. B. nachdem der Ladedruckpegel eine Schwelle erreicht hat), kann das Ventil wieder in seine gewünschte Position zurückkehren, die auf der Motordrehzahl basiert.
Gleichermaßen kann, selbst wenn Motordrehzahlbedingungen ein geschlossenes Ventil für einen gewünschten stationären Motorwirkungsgrad vorschreiben können, der erhöhte Spitzen-Abgasgegendruck ein Abgasventil eines der mit dem Abgas in Verbindung stehenden Zylinder veranlassen, sich während eines Ansaughubs unbeabsichtigterweise zu öffnen. Demnach kann durch wenigstens vorübergehendes Öffnen des Volumensteuerventils während solcher Bedingungen eine Verschlechterung der Verbrennungsleistung reduziert werden. Sobald der Spitzen-Abgasgegendruck sinkt, kann das Ventil zur Erhaltung von Abgasimpulsen zum effizienten Antreiben des Turboladers in seine gewünschte Position zurückgestellt werden, die auf der Motordrehzahl basiert. Auf diese Weise ist es möglich, ein System bei Reduzieren von unbeabsichtigtem Öffnen von Abgasventilen wirksam auszubalancieren.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren während einer transienten Zunahme des Drehmomentbedarfs (z. B. bei Drücken eines Pedals), wobei die Drehmomentanforderung über eine Schwelle hinaus ansteigt und ein Ladedruck über einer Schwelle gefordert wird, dass das Volumensteuerventil unabhängig von anderen Motorbedingungen (z. B. höherem Abgasdruck, der unzeitiges Öffnen von Abgasventilen verursacht) geschlossen werden kann, um Abgasimpulse erhöhten Drucks für den Turbolader bereitzustellen. Wenn andererseits der Ladedruck bereits hoch genug ist und der höhere Abgasdruck vorhanden ist, kann das Volumensteuerventil geöffnet werden, um den Spitzenabgasdruck zu senken und unbeabsichtigtes Öffnen von Abgasventilen zu reduzieren.
Es versteht sich von selbst, dass die vorstehende Kurzdarstellung vorgesehen ist, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung eingehender beschrieben werden, in vereinfachter Form vorzustellen. Sie beabsichtigt nicht, wesentliche oder Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands aufzuzeigen, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche zuvor oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beheben.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Turbomotorsystems mit einem geteilten Abgaskrümmer und einem System zur Abgasrückführung (EGR).
2A stellt ein gesteuertes Volumen dar, das an ein Abgasrohr angeschlossen ist, das mit Auslasskanälen von Zylindern 2 und 3 verbunden ist.
2B und 2C sind Detaildarstellungen des Volumens mit einem Steuerventil. 2B ist die Draufsicht und 2C ist die Seitenansicht.
3 bis 5 stellen beispielhafte Flussdiagramme zum Anpassen der Position eines Volumensteuerventils basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen dar.
6 veranschaulicht den Betrieb des Volumensteuerventils als Reaktion auf einen Gasgebevorgang und den Abgasdruck.
7 stellt die Wirkung von hohem Abgasdruck auf Abgasventile und die Senkung von Abgasdruckspitzen dar, wenn das Volumensteuerventil offen ist.
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines aufgeladenen Motors mit einem geteilten Abgaskrümmer und einem System zur Abgasrückführung (EGR für engl. exhaust gas recirculation), wie in 1 dargestellt. Ein gesteuertes Volumen ist an das Abgasrohr von Zylindern 2 und 3 angeschlossen, wie in 2A dargestellt. Dieses Volumen kann durch ein Ventil in Abhängigkeit vom Abgasdruck im Krümmer geöffnet oder geschlossen werden, wie in 2B und 2C dargestellt. Eine Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie eine Routine, wie beispielsweise die Routine von 3, ausführt, um die Position dieses Ventil (wie beispielsweise aus einer Ausgangsposition) basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen anzupassen. Zum Beispiel kann die Position des Volumensteuerventils basierend auf Motorstart, Gasgebevorgänge, Vorhandensein von Klopfen oder DFSO angepasst werden. Die Ventilposition kann bei Drehmoment-Transienten (4), wie beispielsweise einem Gasgebevorgang, zur Turbolochreduzierung angepasst werden. Drehmomentstörungen, die mit dem Öffnen oder Schließen des gesteuerten Volumens assoziiert sind, können unter Verwendung gleichzeitiger Anpassungen eines oder mehrerer Motorstellantriebe (5) kompensiert werden. Beispielhafte Anpassungen des Volumensteuerventils basierend auf dem Abgasdruck und Motorbetriebsbedingungen sind in 6 und 7 dargestellt.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors 10, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das die Steuerung 12 umfasst, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 14 über eine Eingabevorrichtung 16 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 16 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 18 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 ein Mikrocomputer sein, der eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, einen Festwertspeicher, einen Direktzugriffsspeicher, einen Erhaltungsspeicher und einen herkömmlichen Datenbus umfasst.
Der Motor 10 kann eine Mehrzahl von Brennräumen (d. h. Zylindern) umfassen, welche am oberen Ende durch einen Zylinderkopf (nicht dargestellt) abgedeckt sein können. In dem in 1 dargestellten Beispiel umfasst der Motor 10 Brennräume 20, 22, 24, und 26, die einer Vierzylinder-Reihenkonfiguration angeordnet sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass, obwohl 1 vier Zylinder darstellt, der Motor 10 jede Anzahl von Zylindern in jeder Konfiguration, z. B. V-6, I-6, V-12, Vierzylinder-Boxer usw., umfassen kann.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann jeder Brennraum (d. h. Zylinder) des Motors 10 Brennraumwände mit einem Kolben darin positioniert umfassen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle gekoppelt sein, sodass Auf- und Abbewegungen des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt werden. Die Kurbelwelle kann zum Beispiel über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Jeder Brennraum kann über einen Luftansaugkanal 30 Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 27 empfangen. Der Ansaugkrümmer 27 kann über Einlasskanäle mit den Brennkammern gekoppelt sein. Zum Beispiel ist der Ansaugkrümmer 27 in 1 über Einlasskanäle 32, 34, 36 und 38 mit Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt dargestellt. Jeder jeweilige Einlasskanal kann Luft und/oder Kraftstoff zum jeweiligen Zylinder zur Verbrennung zuführen.
Jeder Brennraum kann Abgasverbrennungsgase über einen damit gekoppelten Auslasskanal ausstoßen. Zum Beispiel sind Auslasskanäle 40, 42, 44 und 46 in 1 mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt dargestellt. Da dies ein geteilter Krümmer ist, führen die Auslasskanäle 40 und 46 in einen getrennten Abgaskrümmer 28, während sich die Auslasskanäle 42 und 44 zu einem externen Abgasrohrgehäusekanal 29, dem externen Abgaskrümmer außerhalb des Zylinderkopfs, vereinigen. Die zwei Abgaskanäle 28 und 29, die beide im externen Abgasrohr ausgebildet sind, laufen später zu einem Abgasrohr 31 zusammen, das mit einer Turbine 92 eines Turboladers 90 verbunden ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das ausgebildete Abgasrohr ganz oder teilweise in den Zylinderkopf integriert sein.
Jeder Zylindereinlasskanal kann über ein Einlassventil selektiv mit dem Zylinder kommunizieren. Zum Beispiel sind die Zylinder 20, 22, 24 und 26 in 1 mit Einlassventilen 48, 50, 52 bzw. 54 dargestellt. Gleichermaßen kann jeder Zylinderauslasskanal über ein Auslassventil selektiv mit dem Zylinder kommunizieren. Zum Beispiel sind die Zylinder 20, 22, 24 und 26 in 1 mit Auslassventilen 56, 58, 60 bzw. 62 dargestellt. In einigen Beispielen kann jeder Brennraum zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann jedes Einlass- und Auslassventil durch einen Einlassnocken und einen Auslassnocken betätigt werden. Alternativ können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und Armaturengruppe betätigt werden. Die Position eines Einlassnockens kann durch einen Einlassnockensensor bestimmt werden. Die Position eines Auslassnockens kann durch einen Auslassnockensensor bestimmt werden.
Der Ansaugkanal 30 kann eine Drosselklappe 64 mit einer Drosselklappenplatte 66 umfassten. In diesem konkreten Beispiel kann die Position der Drosselklappenplatte 66 durch die Steuerung 12 über ein Signal geändert werden, das an einen Elektromotor oder einen elektrischen Stellantrieb geliefert wird, der mit der Drosselklappe 64 enthalten ist, eine Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC für engl. electronic throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 64 so betätigt werden, dass sie die Ansaugluft variiert, die den Brennräumen zugeführt wird. Die Position der Drosselklappenplatte 66 kann durch ein Drosselklappenpositionssignal TP von einem Drosselklappenpositionssensor 68 an die Steuerung 12 übermittelt werden. Der Ansaugkanal 30 kann einen Luftmassensensor 70 und einen Krümmerluftdrucksensor 72 zum Liefern jeweiliger Signale MAF (für engl. mass air flow) und MAP (für engl. manifold air pressure) an die Steuerung 12 umfassen.
In 1 sind Kraftstoffeinspritzdüsen so dargestellt, dass sie direkt mit den Brennräumen gekoppelt ist, um Kraftstoff im Verhältnis zu einer Pulsweite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 zum Beispiel über einen elektronischen Treiber empfangen wird, direkt darin einzuspritzen. Zum Beispiel sind Kraftstoffeinspritzdüsen 74, 76, 78 und 80 in 1 mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt dargestellt. Auf diese Weise stellen die Kraftstoffeinspritzdüsen eine sogenannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum bereit. Jede jeweilige Kraftstoffeinspritzdüse kann zum Beispiel in der Seite des jeweiligen Brennraums oder im oberen Ende des jeweiligen Brennraums montiert sein. In einigen Beispielen können eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen im Ansaugkrümmer 27 in einer Konfiguration angeordnet sein, die eine sogenannte Einlasskanaleinspritzung von Kraftstoff in die Einlasskanäle stromaufwärts der jeweiligen Brennräume bereitstellt. Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann der Kraftstoff den Kraftstoffeinspritzdüsen durch ein Kraftstoffsystem zugeführt werden, das einen Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe, eine Kraftstoffleitung und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst.
In einigen Beispielen kann ein verteilerloses Zündsystem (nicht dargestellt) Zündfunken für Zündkerzen, die mit den Brennräumen gekoppelt sind, als Reaktion auf die Steuerung 12 bereitstellen. Zum Beispiel sind Zündkerzen 82, 84, 86 und 88 in 1 mit den Zylindern 20, 22, 24 bzw. 26 gekoppelt dargestellt.
Der Motor 10 kann einen Turbolader 90 umfassen. Der Turbolader 90 kann eine Abgasturbine 92 und einen Ansaugkompressor 94 umfassen, die auf einer gemeinsamen Welle 96 gekoppelt sind. Die Turbine 92 kann so ausgelegt sein, dass sie getrenntes Abgas von Zylindern empfängt, deren Abgasimpulse sich gegenseitig überlagern, wenn der Turbine 92 zugeführt. Wenn zum Beispiel ein Vierzylinder-Motor (z. B. ein I4-Motor, wie in 1 dargestellt) eine Zündfolge von 1-3-4-2 (z. B. Zylinder 20 gefolgt von 24 gefolgt von 26 gefolgt von 22) aufweist, dann kann der Zylinder 20 seinen Expansionshub beenden und seine Auslassventile öffnen, während der Zylinder 22 seine Auslassventile noch offen hat. In einem ungeteilten Abgaskrümmer kann der Abgasdruckimpuls von Zylinder 20 die Fähigkeit des Zylinders 22 zum Ausstoßen seiner Abgase beeinträchtigen. Durch Verwenden eines geteilten Krümmers, wobei die Auslasskanäle 40 und 46 aus den Zylindern 20 und 26 mit einem ersten Abgaskrümmer 28 verbunden sind, und die Auslasskanäle 42 und 44 aus den Zylindern 22 und 24 mit einem zweiten Abgaskrümmer 29 verbunden sind, können Abgasimpulse jedoch getrennt werden, um eine hohe Impulsenergie zu bewahren und die Turbinenleistung zu verbessern. Die Abgaskrümmer 28 und 29 werden stromaufwärts ihrer Gabelung 146 völlig getrennt gehalten, wodurch jegliche Abgasimpulsinterferenz reduziert wird und der Abgasturbine 92 individuelle Impulse zugeführt werden.
Der zweite Abgaskrümmer 29 kann ein Volumen 135 mit einem Steuerventil 137 umfassen, das basierend auf dem von der Steuerung 12 geschätzten Abgasdruck im zweiten Abgaskrümmer 29 geöffnet oder geschlossen wird. Das Volumen 135 ist stromabwärts der Gabelung 144, aber stromaufwärts der Abgasturbine 92 an den Krümmer 29 angeschlossen. Das Volumen ist eine geschlossene Kammer mit nur einem Auslass, der durch das Ventil 137 gesteuert wird. Das Volumen 135, das mit dem zweiten Abgaskrümmer 29 gekoppelt ist, kommuniziert ausschließlich mit den Zylindern 22 und 24 und den Auslassventilen 58 bzw. 60. Eine andere Ausführungsform kann ein ähnliches Volumen 139 mit einem zweiten Steuerventil 141 umfassen, das an den ersten Abgaskrümmer 28 angeschlossen ist. Hierbei kommuniziert das Volumen 139 ausschließlich mit den Auslassventilen 56 und 62 der Zylinder 20 bzw. 26. Demnach kann jeder Abgaskrümmer ein steuerbares Volumen mit einem Steuerventil umfassen, wobei jedes Volumen basierend auf den Abgasdruckschwellen im Abgaskrümmer, an den es angeschlossen ist, unabhängig gesteuert wird. Zum Beispiel kann ein Krümmer im Gegensatz zum anderen in der Lage sein, zu tolerieren, dass das Ventil bei höheren Ladedruckpegeln geschlossen gehalten wird, ohne dass das Auslassventil aufspringt.
In einer anderen Ausführungsform kann das Volumen 135 auch innerhalb eines integrierten Abgaskrümmers mit dem Krümmer 29 (und 28) darin ausgebildet sein.
In der folgenden Beschreibung weist der Motor nur ein Volumen 135 auf, das durch das Ventil 137 gesteuert wird und an den zweiten Abgaskrümmer 29 angeschlossen ist. Die hierin beschriebenen Ansätze können jedoch für ein mit dem anderen Abgaskrümmer gekoppeltes zweites Volumen und ein zweites Steuerventil (139/141) kopiert werden.
Ein Wastegate 110 kann über die Turbine 92 gekoppelt sein. Konkret kann das Wastegate 110 in einem Bypass 108 enthalten sein, der zwischen einen Einlass und einen Auslass der Abgasturbine gekoppelt ist. Durch Anpassen der Position des Wastegates 110 kann eine Menge von Aufladung, die durch die Turbine bereitgestellt wird, gesteuert werden.
Abgase, die aus der Turbine 92 und/oder dem Wastegate 110 austreten, können durch eine Abgasreinigungsvorrichtung 112 durchtreten. Die Abgasreinigungsvorrichtung 112 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorblöcke umfassen. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Blöcken, verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 112 ein Dreiwege-Katalysator sein. In anderen Beispielen kann die Abgasreinigungsvorrichtung 112 einer oder mehrere von einem Dieseloxidationskatalysator (DOC für engl. diesel oxidation catalyst) und einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR für engl. selective catalytic reduction) sein. Nach dem Durchtreten durch die Abgasreinigungsvorrichtung 112 kann das Abgas zu einem Endrohr 114 geleitet werden.
Der Motor 10 kann ein oder mehrere Systeme zur Abgasrückführung (EGR) zum Rückführen einer von aus dem Motor 10 austretenden Abgasmenge zum Motoreinlass zurück umfassen. Zum Beispiel kann der Motor 10 ein erstes EGR-System 116 zum Rückführen eines Teils des Abgases vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer, insbesondere vom Motorauslass stromabwärts der Turbine 92 zum Motoreinlass stromaufwärts des Ansaugkompressors 94 umfassen, das ein Niederdruck-EGR(LP-EGR für engl. low pressure EGR)-System ist. Das LP-EGR-System kann eine LP-EGR-Leitung 118, ein LP-EGR-Ventil 120, das zum Regeln einer entlang der LP-EGR-Leitung 118 rückgeführten Abgasmenge ausgelegt ist, und einen LP-EGR-Kühler 122 zum Kühlen des Abgases vor seiner Zufuhr zum Einlass umfassen.
Der Motor 10 kann zusätzlich oder separat außerdem ein zweites EGR-System 126 zum Rückführen eines Teils des Abgases vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer, insbesondere vom Motorauslass stromaufwärts der Turbine 92 zum Motoreinlass stromabwärts des Kompressors 94 umfassen, das ein Hochdruck-EGR (HP-EGR für engl. high pressure EGR)-System ist. Das HP-EGR-System kann eine HP-EGR-Leitung 128, ein HP-EGR-Ventil 130, das zum Regeln einer entlang der HP-EGR-Leitung 128 rückgeführten Abgasmenge ausgelegt ist, und einen HP-EGR-Kühler 132 zum Kühlen des Abgases vor seiner Zufuhr zum Einlass umfassen.
Unter bestimmten Bedingungen können eines oder mehrere der EGR-Systeme 116 und 126 zum Regeln der Temperatur und/oder Verdünnen des Luft- und Kraftstoffgemisches innerhalb der Brennräume verwendet werden, um dadurch ein Verfahren zum Steuern der Zündzeitpunkteinstellung während einiger Verbrennungsmodi bereitzustellen. Ferner kann unter einigen Bedingungen ein Teil der Verbrennungsgase durch Steuern der Ventilzeiteinstellung im Brennraum zurückgehalten oder eingefangen werden.
In einigen Beispielen kann die Steuerung 12 ein Mikrocomputer sein, der eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, einen Festwertspeicher, einen Direktzugriffsspeicher, einen Erhaltungsspeicher und einen herkömmlichen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 ist in 1 so dargestellt, dass sie zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen verschiedene Signale von Sensoren empfängt, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind und umfassen: Motorkühlmitteltemperatur (ETC für engl. engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 138; einen Motorpositionssensor 140, z. B. einen Hall-Effekt-Sensor, der die Position der Kurbelwelle erfasst. Auch der Luftdruck kann zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 gemessen werden (Sensor nicht dargestellt). In einigen Beispielen erzeugt der Motorpositionssensor 140 eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Motordrehzahl (U/MIN) bestimmt werden kann. Außerdem können verschiedene Sensoren zum Bestimmen des Ladedrucks des Turboladers eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein Drucksensor 133 im Motoreinlass stromabwärts des Kompressors 94 zum Bestimmen des Ladedrucks angeordnet sein. Außerdem kann wenigstens der zweite Abgaskrümmer 29 verschiedene Sensoren zum Überwachen von Abgasbedingungen, wie beispielsweise einen Abgassensor 134, umfassen. Der Abgassensor 134 kann jeder geeignete Sensor sein, der zum Bereitstellen einer Anzeige des Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses geeignet ist, wie beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitbandsensor für Sauerstoff nach engl. universal or wide-range exhaust gas oxygen), ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO für engl. heated EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor.
Die Steuerung 12 kann so konfiguriert sein, dass sie basierend auf der Eingabe von den verschiedenen Sensoren verschiedene Steuerroutinen (wie beispielsweise jene, die unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschrieben werden) ausführt und ein oder mehrere Motorstellantriebe betätigt. Die Stellantriebe können zum Beispiel die Ansaugdrosselklappe 64, das Wastegate 110 und das Volumensteuerventil 137 umfassen.
2A stellt das Volumen 135 mit dem Steuerventil 137 so dar, dass es an den Absaugkrümmer 29 angeschlossen ist. Die Abgaskrümmer in diesem System können in den Zylinderkopf integriert und so ausgelegt sein, dass sie die Verbrennungsprodukte aus den Zylindern 20, 22, 24 und 26 ausstoßen. Jeder Zylinder kann zwei Auslassventile zum getrennten Kanalisieren des Vorauslasses und der Spülteile der Verbrennungsgase in Auslasskanäle 40, 42, 44 und 46 umfassen. Demnach weist der Auslasskanal zwei Zweige auf, die selektiv mit den Auslassventilen kommunizieren.
Da dies ein geteilter Krümmer ist, vereinigen sich Abgasrohre, die mit den Kanälen 40 und 46 von Zylinder 20 und 26 verbunden sind, zu einem ersten Abgaskrümmer 28, und Abgasrohre, die mit den Kanälen 42 und 44 von Zylinder 22 und 24 gekoppelt sind, vereinigen sich an der Gabelung 144 zu einem zweiten Abgaskrümmer 29. Die ersten und zweiten Abgaskrümmer kommunizieren nicht miteinander, und ähnlich kommunizieren auch die Abgasrohre, die mit Zylindern in verschiedenen Teilsätzen gekoppelt sind, nicht miteinander. Entsprechend können Abgasimpulse aus Zylindern in verschiedenen Teilsätzen derart getrennt werden, dass das Rückschlagen von einem Zylinder Verbrennung in einem anderen Zylinder benachbart zur Zündfolge nicht beeinflusst. In einem integrierten Abgaskrümmer können sich die Rohre der ersten und zweiten Abgaskrümmer 28 und 29 außerhalb des integrierten Abgaskrümmers erstrecken und stromaufwärts der Abgasturbine zusammenlaufen.
2B und 2C stellen detailliertere Figuren des Volumens und seines Ventils dar. Das Volumensteuerventil 137 umfasst einen Stellantrieb 13, eine Verbindungsstange 15, die einen Schwenkarm 17 bewegt, der wiederum eine Ventilklappe 19 betätigt, um den Eingang in das Volumen 135 zu öffnen und zu schließen. In einigen Beispielen kann der Stellantrieb eine Unterdruckdose sein, die mit einem Unterdruckreglerventil gekoppelt ist, das durch die Steuerung 12 gesteuert wird. Die Ventilklappe 19 kann basierend auf Signalen von einer Steuerung geöffnet oder geschlossen werden, welche diese Position in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen und auf der Basis dessen, ob der Turbolader mehr Ladedruck bereitstellen soll, anpasst, wie hierin beschrieben.
In einem Beispiel kann der Stellantrieb 13 das Ventil über eine Welle steuern, die sich durch den Abgaskanal erstreckt, optional durch eine Innenbohrung des Kanals, die vom Abgaskanal physisch getrennt ist und nicht mit dem Abgaskanal kommuniziert. Solch eine Positionierung kann die Wärmebelastung des Stellantriebs reduzieren.
Es ist zu erwähnen, dass 2A bis 2C ungefähr maßstabgetreu gezeichnet sind, obwohl andere relative Abmessungen verwendet werden können, falls gewünscht.
Eine beispielhafte Routine, die durch die Steuerung 12 ausgeführt werden kann, ist in 3 dargestellt. Insbesondere kann die Routine eine Ausgangsposition des Volumensteuerventils bestimmen, und dann kann die Ventilposition basierend auf Motorbetriebsbedingungen, einschließlich basierend auf Motorbeschränkungen, Transienten usw., über die spezifischen Routinen und Subroutinen von 3 bis 5 weiter modifiziert werden. Die Routine kann ferner die Koordination von Wastegate-Anpassungen und EGR-Ventilanpassungen (einschließlich HP-EGR- und LP-EGR-Anpassungen) mit Anpassungen des Volumensteuerventils ermöglichen, um die Motorleistung und die Drehmomentabgabe zu verbessern.
Bei 302 umfasst die Routine ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Diese können zum Beispiel Motordrehzahl, Drehmomentbedarf, Katalysatortemperatur, Motortemperatur, Abluft-Kraftstoffverhältnis, MAP, MAF, Luftdruck usw. umfassen. Bei 304 kann basierend auf den geschätzten Motorbetriebsbedingungen eine Ausgangsposition des Volumensteuerventils bestimmt werden. Wenn zum Beispiel bei stationären Zuständen die Motordrehzahl über einer Schwelle ist, die zu höherem Abgasdruck im Abgaskrümmer führt, kann das Volumensteuerventil geöffnet werden, um Pumpverluste zu reduzieren. Wenn die Motordrehzahl unter einer Schwellendrehzahl ist und der Abgasdruck unter einer annehmbaren Grenze ist, wird das Volumensteuerventil geschlossen. Bei 306 kann bestimmt werden, ob Motorstartbedingungen vorliegen. Diese Bedingungen können Kaltstart oder Heißstart sein. Ein Motorstart kann ein Anlassen des Motors aus einem Ruhezustand über einen Elektromotor, wie beispielsweise einen Startermotor, umfassen. Um das Hochlaufen der Abgasturbine in einem turboaufgeladenen System in Vorbereitung für den Gasgebevorgang zu beschleunigen, kann der Abgasdruck schnell erhöht werden. Um dies zu ermöglichen, kann das Volumensteuerventil wenigstens während eines frühen Teils eines Motorstarts vorübergehend geschlossen werden, um den Abgaskrümmerdruck zu erhöhen und das Hochlaufen der Turbine zu beschleunigen.
Wenn Motorstartbedingungen vorliegen, dann schließt die Routine bei 308 das Volumensteuerventil, um hohen Abgasdruck für den Turbolader bereitzustellen. Wastegate-Anpassungen können mit den entsprechenden Bewegungen des Volumensteuerventils oder basierend darauf koordiniert werden.
Nach dem Abschluss eines Motorstarts (Heiß- oder Kaltstart) geht die Routine zu 310 über, wobei sie bestimmt, ob es irgendwelche Transienten gibt. Es kann zum Beispiel bestimmt werden, ob eine plötzliche Zunahme des Drehmomentbedarfs (z. B. infolge eines Gasgebevorgangs) vorliegt. Falls ja, dann umfasst die Routine bei 312 ein Anpassen des Volumensteuerventils basierend auf den transienten Zuständen, um den transienten Drehmomentbedarf zu erfüllen. Wie 4 näher ausführt, kann dies vom Ladedruck und dem Abgasdruck abhängen. Wastegate-Anpassungen können mit den entsprechenden Anpassungen des Volumensteuerventils oder basierend darauf koordiniert werden.
Bei 314 kann bestimmt werden, ob Bedingungen einer Kraftstoff-Schubabschaltung (DFSO für engl. deceleration fuel shut-off) erfüllt werden. Das DFSO-Ereignis kann in Reaktion darauf sein, dass der Drehmomentbedarf niedriger als eine Schwelle ist, wie beispielsweise während des Wegnehmens von Gas. Dabei kann Zylinder-Kraftstoffeinspritzung selektiv gestoppt werden. In einem alternativen Beispiel kann, wenn der Motor so ausgelegt ist, dass er in Reaktion auf Leerlaufanschlagbedingungen selektiv deaktiviert wird, bestätigt werden, dass Motordeaktivierung in Reaktion auf einen Leerlaufanschlagbetrieb durchgeführt wird, wenn Zylinder-Kraftstoffeinspritzung bei gleichzeitiger Deaktivierung von Zündung deaktiviert ist. Wenn eine DFSO bestätigt wird, dann schließt die Routine bei 316 das Volumensteuerventil oder hält es geschlossen. Die Wastegate-Zeitsteuerung und -Position werden auf der Anzeige von DFSO basiert, um die Turbinendrehzahl zu erhöhen und die Ansprechempfindlichkeit für den nächsten Gasgebevorgang zu verbessern.
Bei 318 kann bestimmt werden, ob eine Anzeige von Motorklopfen vorliegt. Wenn ja, dann umfasst die Routine bei 320 ein Öffnen des Volumensteuerventils, um den Abgasdruck zu reduzieren. Entsprechend kann Motorklopfen auf ein anomales Verbrennungsereignisses zurückzuführen sein, das in einem Zylinder nach einem Funkenzündungsereignis des Zylinders eintritt. Dies kann zu hohem Druck im Zylinder und daher zu höherem Abgasdruck führen. Basierend auf anderen Motorbedingungen und dem Vorliegen von Klopfen kann die Steuerung das Volumensteuerventil öffnen, um Druckneutralisierung zu ermöglichen. Umgekehrt kann unbeabsichtigter Eintritt von Abgas in Motorzylinder Motorklopfen auslösen, und entsprechend kann ein Öffnen des Volumensteuerventils nicht nur den unbeabsichtigten Eintritt von Abgas, sondern auch das resultierende Motorklopfen reduzieren.
Weiter mit 3 umfasst die Routine ferner ein Anpassen eines oder mehrerer von VCT, Drosselklappenposition, Zündzeitpunkteinstellung, Zylinder-Kraftstoffzufuhr und EGR zu dem vom Klopfen betroffenen Zylinder, wobei die Anpassung auf der Position des Volumensteuerventils basiert. Entsprechend kann dies Stellantrieb-Anpassungen zum Beheben des Klopfens umfassen. Zum Beispiel kann die Zündzeiteinstellung in Reaktion auf die Anzeige von Klopfen um eine Zündzeitverstellung nach spät verzögert werden, die basierend auf dem Öffnen des Volumensteuerventils angewendet wird.
Bei 322 kann bestimmt werden, ob eine Drehmomentstörung infolge der Anpassungen des Volumensteuerventils (wie beispielsweise infolge jeglicher früherer Ventilanpassungen bei 308 bis 320) zu erwarten ist. Falls ja, dann umfasst die Routine bei 324 ein Anpassen eines oder mehrerer Motor-Drehmomentantriebe, um die Wirkung der bevorstehenden Drehmomentstörung zu reduzieren. Durch Anpassen der Zeiteinstellung des Betriebs des Volumensteuerventils kann die Drehmomentstörung besser verschleiert werden, wodurch das Fahrgefühl des Fahrzeugbetreibers verbessert wird. In einem Beispiel kann die Zeiteinstellung der Anpassung des Volumensteuerventils so erfolgen, dass sie ein Getriebeereignis teilweise überlappt, um die Wirkung des Drehmomentstoßes zu reduzieren und dadurch die Fahrbarkeit zu verbessern. Beispielhafte Drehmomentantriebsanpassungen und Anpassungen der Zeiteinstellung des Volumensteuerventils, die zum Verschleiern von Drehmomentstörungen durchgeführt werden, werden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Auf diese Weise wird durch Verwenden von Anpassungen des Volumensteuerventils alleine oder in Kombination mit Wastegate- und EGR-Ventilanpassungen ein Motorbetriebsbereich erweitert, über welchen Ladedruckvorteile bereitgestellt werden können. Insgesamt wird die Motorleistung bei gleichzeitiger Kraftstoffeinsparung verbessert.
Nunmehr unter Hinwendung zu 4 ist eine beispielhafte Routine 400 dargestellt, die während eines erhöhten Drehmomentbedarfs, wie beispielsweise nach einem Gasgebevorgang, ausgeführt werden kann. Dieser Ansatz ermöglicht eine Reduzierung des Turbolochs.
Bei 402 umfasst die Routine ein Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen, wie beispielsweise Motordrehzahl, Motorkühlmitteltemperatur, Abgaskatalysatortemperatur, Drehmomentbedarf, BP, MAP, MAF usw. Bei 404 prüft die Routine, um zu festzustellen, ob der mittlere Abgasdruck im Krümmer 29 unter einem Schwellendruck ist. Der mittlere Abgasdruck wird basierend auf Motor-U/MIN, Luftvolumenstrom, Ladedruck und anderen Parametern bestimmt. Wenn der Abgasdruck unter der Schwelle ist, wird das Volumensteuerventil bei 406 geschlossen, um hohen Druck in den Turbolader 90 zuzulassen. Wenn der Abgasdruck über der Schwelle ist, wird das Volumensteuerventil bei 408 geöffnet, um den Abgasdruck zu reduzieren und zu verhindern, dass die Abgasventile in den Zylindern 22 und 24 zwangsweise geöffnet werden.
Bei 410 kann ein Gasgebevorgang bestätigt werden. Es kann zum Beispiel bestätigt werden, ob der Drehmomentbedarf innerhalb einer Schwellenzeit um mehr als einen Schwellenbetrag zugenommen hat, und/oder ob ein Gaspedal um mehr als einen Schwellenbetrag niedergedrückt wurde. Das Gasgeben kann ein Gasgeben aus Leerlaufzuständen (z. B. mit dem Pedal in einer Wesentlichen freigegebenem Position) oder aus stationären Fahrzuständen (z. B. bei teilweise niedergedrücktem Pedal) sein. Wenn keine Gasgebebedingungen bestätigt werden, umfasst die Routine bei 414 ein Belassen des Volumensteuerventils in seiner aktuellen Position, wie bei 406 oder 408 bestimmt. Ferner können Rückstände vom Motorauslass über das bzw. die EGR-System(e) zum Motoreinlass rückgeführt werden, wobei die Ventile an die bei 402 bestimmten Einstellungen angepasst werden, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen. Dies umfasst ein Anpassen eines LP-EGR-Ventils, wenn das Motorsystem ein LP-EGR-System umfasst, und eines HP-EGR-Ventils, wenn das Motorsystem ein HP-EGR-System umfasst, um die bestimmte Abgasrückführmenge bereitzustellen.
Wenn ein Gasgebevorgang bestätigt wird, dann führt die Routine bei 412 ein Prüfen von Ladedruckpegeln durch. Wenn der Ladedruck niedriger als eine Schwelle ist, wird das Volumensteuerventil bei 416 geschlossen, um das Turboloch zu reduzieren und den Ladedruck möglicherweise auf Kosten von hohem Abgasdruck zu erhöhen. Demnach kann das Ventil geschlossen werden, selbst wenn der Abgasdruck höher als der Schwellenpegel ist, um den Turbolader zu beschleunigen und den Ladedruck als Reaktion auf das Gasgeben zu erhöhen. Wenn der Ladedruck bereits über der Schwelle ist, führt die Routine bei 418 eine weitere Prüfung des Abgasdruckpegels durch. Wenn der Abgasdruck unter dem Schwellen-Abgasdruck ist, wird das Volumensteuerventil bei 420 geschlossen (oder geschlossen gehalten). Wenn der Abgasdruck über dem Schwellenpegel ist, wird das Volumensteuerventil bei 422 geöffnet (oder offen gehalten), um Druck auf die Abgasventile zu reduzieren.
Ferner kann bei 424 eine Position eines Wastegates, das über die Abgasturbine gekoppelt ist, basierend auf der gegebenen Position des Volumensteuerventils als Reaktion auf den Gasgebevorgang oder den bei 402 geschätzten Drehmomentbedarf des Motors angepasst werden. Durch Schließen des Wastegates kann der Abgaskrümmerdruck weiter erhöht werden. Zum Beispiel kann das Wastegate in eine vollständig geschlossene Position bewegt werden, wenn der Ladedruck unter der Schwelle ist und wenn das Volumensteuerventil geschlossen ist. Alternativ kann, wenn der Abgasdruck im Krümmer hoch genug ist, um die Abgasventile 58 und 60 zwangsweise zu öffnen, und das Volumensteuerventil in einer offenen Position ist, auch das Wastegate-Ventil geöffnet werden, um mehr von den Abgasen vom Krümmer weg abzuleiten und eine weitere Senkung des Abgasdrucks zu ermöglichen. Dies kann geschehen, wenn der Ladedruck bereits über der erforderlichen Schwelle ist.
Bei 426 umfasst die Routine ein Anpassen einer Abgasmenge, die zum Motoreinlass zurückgeführt wird. Insbesondere kann eine EGR-Menge reduziert werden, wenn das Volumensteuerventil in einer vollständig geschlossenen Position ist. In einigen Beispielen kann der Motor ein EGR-System mit einem LP-EGR-Ventil in einem LP-EGR-Kanal zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaskrümmer stromabwärts der Turbine zum Einlass stromaufwärts des Kompressors sowie ein HP-EGR-Ventil in einem HP-EGR-Kanal zum Rückführen von Abgas aus dem Abgaskrümmer von stromaufwärts der Turbine zum Ansaugkrümmer stromabwärts der Drosselklappe umfassen. Die Motorsteuerung kann jedes von dem LP-EGR-Ventil und dem HP-EGR-Ventil als Reaktion auf den Gasgebevorgang zum Variieren eines Verhältnisses von HP-EGR zu LP-EGR basierend auf dem Schließen des Volumensteuerventils anpassen. Als ein Beispiel kann die Steuerung eine Öffnung des LP-EGR-Ventils vergrößern, während sie eine Öffnung des HP-EGR-Ventils verkleinert, um ein Verhältnis von LP-EGR zu HP-EGR zu erhöhen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung die Öffnung jedes von dem LP-EGR-Ventil und dem HP-EGR-Ventil verkleinern, um Motorverdünnung zu reduzieren.
Auf diese Weise können Anpassungen des Volumensteuerventils basierend auf Motordrehzahl sowie Gasgebebedingungen und Abgasdruck im Krümmer durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel bestimmt wird, dass die Motordrehzahl über einer Schwelle ist, kann das Volumensteuerventil geöffnet werden, um Pumpverluste zu reduzieren. Diese Position kann jedoch unter Bedingungen eines Gasgebevorgangs außer Kraft gesetzt werden. Selbst wenn das Ventil zum Beispiel basierend auf der Motodrehzahl geöffnet wurde, kann es als Reaktion auf einen Gasgebevorgang vorübergehend geschlossen werden. Sobald der notwendige Ladedruck erreicht wurde, kann die Ventilposition dann gemäß der Motordrehzahl während stationärer Zustände angepasst werden. Ähnlich kann eine Ventilausgangsposition auf der Motordrehzahl basieren, die unter einer Schwellendrehzahl ist, wenn das Volumensteuerventil geschlossen ist. Diese Position kann jedoch durch hohen Abgasdruck im Abgaskrümmer außer Kraft gesetzt werden. Das Ventil kann in solch einer Situation geöffnet werden, um das Aussetzen von Abgasventilen gegenüber hohem Druck zu begrenzen, selbst wenn die Motordrehzahl unter der Schwelle ist und wenn der Ladedruck über der notwendigen Schwelle ist.
Eine beispielhafte Anpassung des Volumensteuerventils wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Abbildung 600 von 6 zeigt die Bedingungen, unter welchen das Volumensteuerventil geöffnet oder geschlossen wird, insbesondere ein Gasgeben. Abbildung 600 stellt bei Graph 602 die Pedalposition, bei Graph 604 den Ladedruck, bei Graph 606 den mittleren Abgasdruck und bei Graph 608 Anpassungen des Volumensteuerventils dar. Sämtliche Graphen sind im Zeitablauf entlang der x-Achse dargestellt.
Vor Zeitpunkt t1 kann der Motor im Leerlauf oder im stationären Modus bei einer Motordrehzahl unter einer Schwellendrehzahl und bei geschlossenem Volumensteuerventil (Graph 608) funktionieren. Bei t1 kann ein Gasgebeereignis bestätigt werden. Gleichzeitig kann der Ladedruck niedriger als die obere Schwelle sein, die den Bedarf für ein Hochfahren des Turboladers anzeigt. Graph 606 zeigt, dass der mittlere Abgasdruck im Abgaskrümmer 29 bei t1 niedriger als die Schwelle ist. Als Reaktion auf das Gasgebeereignis und den Ladedruckzustand bleibt das Volumensteuerventil geschlossen. Durch Geschlossenhalten des Volumens als Reaktion auf einen Gasgebevorgang kann der Abgaskrümmerdruck schnell erhöht werde, um dadurch ein schnelles Hochfahren der Turbine zu ermöglichen. Entsprechend reduziert dies das Turboloch und ermöglicht eine bessere Behandlung von Transienten. Im dargestellten Beispiel wird das Ventil von t1 bis t2 geschlossen gehalten. Wenn bei t2 der Ladedruck hoch genug ist (z. B. über der oberen Schwelle) und der Abgasdruck über seine Schwellengrenze steigt, wird das Volumensteuerventil geöffnet, um die Impulse hohen Abgasdrucks zu dämpfen.
Bei t3 kann ein anderes Gasgebeereignis bestätigt werden, aber der Ladedruck und der Abgasdruck sind jetzt über der Obergrenze. Als Reaktion auf ausreichenden Ladedruck und hohen Abgasdruck wird das Volumensteuerventil in offener Position gehalten. Bei t4 wird, da der mittlere Abgasdruck unter die Schwelle abfällt, das Volumensteuerventil als Reaktion darauf geschlossen. Obwohl im Beispiel von 6 nicht dargestellt, kann eine Steuerung verschiedene Motor-Drehmomentantriebe, wie beispielsweise eines oder mehrere von Zündzeiteinstellung, VCT, Ventilüberschneidung und Ansaugdrosselklappenposition, basierend auf der Anpassung des Volumensteuerventils und den Drehmomenttransienten anpassen.
Auf diese Weise können Anpassungen des Volumensteuerventils als Reaktion auf transiente Drehmomentanforderungen, Ladedruck und hohen Abgasdruck durchgeführt werden. Obwohl die Motordrehzahl als eine Basislinie zum Öffnen oder Schließen des Volumensteuerventils während stationärer Zustände verwendet werden kann, kann dieser Parameter während transienter Zustände, wie beispielsweise eines Gasgebevorgangs (z. B. wenn ein offenes Volumensteuerventil geschlossen werden kann, um das Hochlaufen der Turbine zu beschleunigen), sowie bei Bedingungen, unter welchen der Abgasdruck zu hoch sein kann (z. B. wenn ein geschlossenes Volumensteuerventil außer zum Gasgeben geöffnet werden kann), außer Kraft gesetzt werden, um zufälliges Öffnen von Abgasventilen zu minimieren. Demnach kann die Motordrehzahl im Wesentlichen unverändert sein (z. B. unter der Schwelle bleiben), während das Ventil als Reaktion auf transiente Zustände und/oder Abgas-Überdruckbedingungen dennoch angepasst wird.
Abbildung 700 von 7 veranschaulicht die Wirkung von Abgasdruckspitzen auf das Abgasventil. Graph 702 stellt eine Abgasdruckkurve bei hoher Motorlast dar, wenn das Volumensteuerventil geschlossen ist, Graph 704 stellt eine Abgasdruckkurve bei hoher Motorlast dar, wenn das Volumensteuerventil offen ist, Graph 706 stellt eine Abgasdruckkurve bei niedriger Motorlast dar, und Graph 708 veranschaulicht die Bewegung eines Abgasventils, wenn der Abgasdruck über eine Schwelle hinausgeht. Sämtliche Graphen sind im Zeitablauf entlang der x-Achse dargestellt.
Bei t1, t2 und t4, wenn mit dem Volumensteuerventil in geschlossener Position ist und der Motor unter schwerer Last arbeitet (Graph 702), kann das Abgasventil infolge hohen Abgasdrucks (Graph 708) im Krümmer zwangsweise geöffnet werden. Bei t3 wird das Ventil nicht zwangsweise geöffnet, da der Abgasdruckimpuls unter dem Schwellendruck bleibt. Graph 704 veranschaulicht, dass bei hohen Motorlasten und offenem Volumensteuerventil der mittlere Druck gleich wie bei geschlossenem Volumensteuerventil bleiben kann. Der wichtige Unterschied zwischen Graph 702 und 704 ist die Abnahme der Amplitude des Druckimpulses, welche die Abgasventile in ihrer geschlossenen Position belässt. Wenn der Motor bei einer niedrigen Last arbeitet, erreicht die Abgasdruckkurve nie die Schwelle (Graph 706) und beeinflusst die Position der Abgasventile nicht.
Nunmehr unter Hinwendung zu 5 ist eine beispielhafte Routine 500 zum Anpassen der Zeiteinstellung einer Volumensteuerventilanpassung basierend auf einem Motorgetriebeereignis dargestellt, um die Wirkung, wenn überhaupt, einer mit der Volumensteuerventilanpassung assoziierten Drehmomentstörung zu reduzieren. Die Routine ermöglicht eine bessere Verschleierung solch einer Drehmomentstörung, was die Qualität des Fahrerlebnisses des Fahrzeugbetreibers verbessert.
Bei 502 wird umfasst die Routine ein Bestimmen der angeforderten Anpassung des Volumensteuerventils. Zum Beispiel kann die Steuerung bestimmen, ob das Ventil in eine offene Position oder in eine geschlossene Position bewegt werden soll. Wie bereits näher ausgeführt, kann das Volumensteuerventil geschlossen werden, um ein schnelleres Hochfahren des Motors unter Gasgebebedingungen zu ermöglichen, wenn bestimmt wurde, dass der Ladedruck zu niedrig ist, oder das Volumensteuerventil geöffnet werden könnte, um den Abgasdruckimpuls zu senken, wenn der Abgasdruck sehr hoch ist.
Bei 504 wird eine Drehmomentänderung bestimmt, die mit der bevorstehenden Anpassung des Volumensteuerventils assoziiert ist. Entsprechend kann die Drehmomentänderung eine Drehmomentstörung umfassen. Zum Beispiel nimmt der Abgaskrümmerdruck bei mäßigem bis hohem Aufladungsstrom und hohem Abgasdruck bei Öffnen des Volumensteuerventils ab, was bewirkt, das mehr frische Luft in den Zylindern eingefangen wird. Wenn diese Zunahme der Luftstroms durch Kraftstoff angeglichen wird, um ein konstantes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine konstante Zündzeiteinstellung aufrechtzuerhalten, bewirkt das Öffnen des Volumensteuerventils ein „Hochstoßen“ des Motordrehmoments, was hierin auch als Drehmomentstoß oder Drehmomentanstieg bezeichnet wird. Wenn der Motor bei einem mäßigen bis hohen Luftstrom ist und das Volumensteuerventil geschlossen ist, um das Hochfahren der Turbine zu fördern, bewirkt der erhöhte Abgaskrümmerdruck in ähnlicher Weise, dass die eingefangene Luftladung plötzlich abnimmt, während gleichzeitig auch weiterer Frischluftstrom in den Motor reduziert wird. Wenn diese Abnahme der Luftstroms durch Kraftstoff angeglichen wird, um ein konstantes Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine konstante Zündzeiteinstellung aufrechtzuerhalten, bewirkt das Schließen des Volumensteuerventils ein „Herunterstoßen“ des Motordrehmoments, was hierin auch als Drehmomentstoß oder Drehmomentabfall bezeichnet wird. In jedem Fall führt die Drehmomentstörung bzw. der Drehmomentstoß zu schlechter Fahrbarkeit. Wie im Folgenden näher ausgeführt, kann eine Motorsteuerung so konfiguriert sein, dass sie einen Motorstellantrieb während des Volumensteuerventilübergangs so anpasst, dass das Motordrehmoment aufrechterhalten und die Wirkung des Drehmomentstoßes reduziert wird.
Bei 506 kann bestimmt werden, ob ein Drehmomentstoß erwartet wird. Insbesondere kann basierend auf der Schätzung einer Drehmomentänderung, die mit der erwarteten Volumensteuerventilanpassung assoziiert ist, bestimmt werden, ob ein Drehmomentanstieg oder ein Drehmomentabfall erwartet wird. In einem Beispiel kann ein Drehmomentanstieg bestätigt werden, wenn die mit der disponierten Volumensteuerventilanpassung assoziierte Drehmomentänderung eine positive Änderung ist, die höher als ein Schwellenbetrag ist. In einem anderen Beispiel kann ein Drehmomentabfall bestätigt werden, wenn die mit der disponierten Volumensteuerventilanpassung assoziierte Drehmomentänderung eine negative Änderung ist, die höher als ein Schwellenbetrag ist.
Wenn kein Drehmomentstoß erwartet wird, dann umfasst die Routine bei 508 ein Halten der Position eines oder mehrerer Motorstellantriebe. Ferner wird die Anpassung des Volumensteuerventils so durchgeführt, wie bestimmt (z. B. bei einer Zeiteinstellung basierend auf den geschätzten Betriebsbedingungen).
Wenn ein Drehmomentstoß erwartet wird, kann bei 510 bestimmt werden, ob ein bevorstehendes Gangschaltereignis vorliegt, das Rutschkupplungen zwischen dem Motor und den Rädern einbezieht. Die Steuerung kann bestimmen, ob ein bevorstehendes Getriebeereignis basierend auf dem Gangschaltzeitplan des Getriebes vorliegt. Das bevorstehende Getriebeereignis kann ein bevorstehendes Gang-Hochschaltereignis oder ein bevorstehendes Gang-Herunterschaltereignis umfassen. Entsprechend kann das Motorgetriebe ein manuelles Getriebe oder ein automatisches Getriebe umfassen. Das Getriebe kann ferner eine oder mehrere Kupplungen, wie beispielsweise eine Drehmomentwandlerkupplung und eine Vorwärtskupplung, umfassen. Die eine oder die mehreren Kupplungen umfassen eine mechanische Kupplung, die mechanisch betätigt wird, sowie eine e-Kupplung, die elektronisch betätigt wird (d. h. eine Clutch-by-Wire-Kupplung), umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung beim Bestimmen, ob ein bevorstehendes Getriebeereignis vorliegt, eine Dauer zwischen dem bevorstehenden Getriebeereignis (basierend auf einem Gangschaltzeitplan des Getriebes) und einer Zeit bestimmen, zu der eine Anforderung für Übergangsbeschränkung am Volumensteuerventil empfangen wird. Wenn die Dauer lange genug ist (z. B. länger als eine Schwellendauer) kann kein bevorstehendes Getriebeereignis bestätigt werden. Wenn die Dauer kurz genug ist (z. B. kürzer als eine Schwellendauer) kann ein bevorstehendes Getriebeereignis bestätigt werden.
Wenn ein bevorstehendes Getriebeereignis bestätigt wird, dann umfasst die Routine bei 512 ein Anpassen einer Zeiteinstellung des Übergangs basierend auf einem Getriebeereignis. Das Anpassen kann als Reaktion auf ein bevorstehendes Getriebeereignis ein zeitliches Einstellen des Übergangs umfassen, dass er das Getriebeereignis wenigstens teilweise überlappt. Wenn zum Beispiel eine Dauer zwischen dem Getriebeereignis und einer Anforderung für eine Übergangsbeschränkung kürzer als eine Schwelle ist, kann die Zeiteinstellung des Volumensteuerventilübergangs so angepasst werden, dass sie während des Getriebeereignisses (z. B. gleichzeitig mit dem Getriebeereignis) ist. In einem anderen Beispiel kann die Zeiteinstellung so angepasst werden, dass die Zeiteinstellung des Übergangs unmittelbar auf das Getriebeereignis folgt. Durch das derartige zeitliche Einstellen des Übergangs, dass er das Getriebeereignis wenigstens teilweise überlappt, kann die Wirkung des Drehmomentstoßes besser verschleiert und dadurch die Fahrbarkeit verbessert werden.
Wird zum Beispiel bei 510 kein bevorstehendes Getriebeereignis bestätigt, wenn die Dauer zwischen dem Getriebeereignis und der Anforderung für die Übergangsbeschränkung länger als die Schwelle ist, umfasst die Routine bei 514 ein Durchführen der Anpassung des Volumensteuerventils, wie geplant. Dies kann ein zeitliches Einstellen des Übergangs auf vor jedes (nachfolgende) Getriebeereignis umfassen.
Die Routine geht nun zu 516 über, um einen Motostellantrieb während des Volumensteuerventilübergangs so anzupassen, dass ein Motordrehmoment aufrechtherhalten und die Wirkung eines Drehmomentstoßes reduziert wird, der während des Übergangs wahrgenommen worden wäre. Der angepasste Motorstellantrieb kann eines oder mehrere von VCT, Zündzeiteinstellung, Kraftstoffmasse/Zeiteinstellung, EGR, Ansaugdrosselklappenposition, Wastegate und Gangschaltzeitplan umfassen. In jedem Fall kann die Anpassung von Motorstellantrieben auf der Bewegung des Volumensteuerventils basieren.
Als ein Beispiel kann ein Motorstellantrieb bei geschlossenem Volumensteuerventil so angepasst werden, dass der Motorluftstrom transient erhöht wird. Diese transiente Zunahme des Motorluftstroms kann den transienten Abfall des Luftstroms kompensieren, der wahrgenommen wird, wenn das Ventil geschlossen und der Abgaskrümmerdruck erhöht wird. Als ein anderes Beispiel kann der Motorstellantrieb bei geöffnetem Volumensteuerventil so angepasst werden, dass der Motorluftstrom transient verringert wird. Diese transiente Verringerung des Motorluftstroms kann den transienten Anstieg des Luftstroms kompensieren, der wahrgenommen wird, wenn das Ventil geöffnet und der Abgaskrümmerdruck gesenkt wird. Als ein Beispiel kann die Ansaugdrosselklappenöffnung bei geschlossenem Volumensteuerventil vorübergehend so vergrößert werden, dass der Motorluftstrom transient verstärkt wird, während die Ansaugdrosselklappenöffnung bei geöffnetem Volumensteuerventil vorübergehend so verkleinert werden kann, dass der Motorluftstrom transient verringert wird.
Auf diese Weise kann das gesteuerte Volumen vorteilhafterweise verwendet werden, um das unzeitige Öffnen von Abgasventilen infolge hohen Abgasdrucks zu mäßigen, während Bedingungen berücksichtigt werden, die einen verbesserten Ladedruck erfordern. Durch Schließen des Ventils während transienter Zustände kann ein erhöhter Krümmerdruck verwendet werden, um das Hochfahren der Turbine zu beschleunigen und das Turboloch zu reduzieren. Wenn die Ladedruckanforderung erfüllt wird, und vorhergesagt wird, dass der Abgasdruck die Fähigkeit eines Abgasventils zum Geschlossenbleiben überschreitet, wird das Volumensteuerventil geöffnet, um Leistungsverluste zu reduzieren. Durch Verwenden eines oder mehrerer Motorstellantriebe zum Kompensieren der Drehmomentwirkung der Volumensteuerventilanpassung wird die von einem Fahrzeugbetreiber gefühlte Drehmomentwirkung reduziert. Außerdem wird durch Anpassen der Zeiteinstellung basierend auf einem Getriebeereignis die Drehmomentwirkung besser verschleiert. Insgesamt werden die Leistung und das Ladedruckverhalten des Motors verbessert, Abgasemissionen werden reduziert und die Fahrbarkeit des Fahrzeugs wird verbessert.
Es ist zu erwähnen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen bei verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und Routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht-transitorischen Speicher gespeichert werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie beispielsweise ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Entsprechend können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern lediglich zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der konkreten Strategie, die verwendet wird, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen Code grafisch darstellen, der in den nicht-transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist.
Es versteht sich von selbst, dass die hierin beschriebenen Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Zum Beispiel kann die zuvor beschriebene Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Vierzylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin beschrieben werden.
Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder die Entsprechung davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, aber zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet, einerlei ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/078020 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Schließen als Reaktion auf ein Gasgeben durch einen Betreiber eines Volumensteuerventils auf einem geteilten Abgaskrümmer eines Motors; und Öffnen des Ventils als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Öffnen des Ventils als Reaktion auf einen Abgasdruck, der höher als eine Schwelle ist, wobei das Ventil über einen Stellantrieb angepasst wird, der gegenüber dem Ventil jenseits eines kombinierten Abgaskanals positioniert ist, und über eine dazwischen verlaufende Stange mit dem Ventil gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ventil als Reaktion auf das Gasgeben geschlossen wird, selbst wenn der Abgasdruck höher als die Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motorbetriebsbedingungen Motordrehzahl umfassen, und wobei das Ventil über einer Schwellendrehzahl geöffnet wird und unter der Schwellendrehzahl geschlossen wird, mit der Ausnahme, dass das Ventil, selbst wenn über der Schwellendrehzahl, als Reaktion auf ein Gasgeben vorübergehend geschlossen wird, und das Ventil, selbst wenn unter der Schwellendrehzahl, als Reaktion auf einen Druck über einem Schwellendruck geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor nur ein einziges Volumenventil auf nur einer Teilung des Abgaskrümmers aufweist, wobei eine andere Teilung kein Volumen- oder Volumensteuerventil aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ventil als Reaktion auf das Gasgeben vorübergehend geschlossen wird, wenn ein Druck höher als eine Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druck Abgasdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druck Ladedruck ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Anpassen eines Turbolader-Wastegates als Reaktion auf das Schließen, und Schließen des Ventils während des Startens und Stoppens des Motors.
System, umfassend: einen Motor mit einem geteilten Abgaskrümmer, der zu einer Turbine führt; ein Volumensteuerventil, das mit einem Volumen und nur einigen Zylindern durch den geteilten Krümmer gekoppelt ist; eine Steuerung mit Befehlen in einem nicht-transitorischen Speicher, die durch einen Prozessor ausgeführt werden können zum: Geschlossenhalten des Ventils während eines ersten Gasgebens durch einen Betreiber aus einem Leerlauf, bis der Ladedruck eine Schwelle erreicht hat; und vorübergehenden Schließen des Ventils während eines zweiten Gasgebens durch den Betreiber aus dem Leerlauf; und Anpassen des Ventils als Reaktion auf die Motordrehzahl während stationärer Zustände.
System nach Anspruch 10, wobei Zylinderabgasventile durch Nocken betätigt werden, und wobei das Ventil über eine Stange mit einem Stellantrieb gekoppelt ist, der Stellantrieb durch einen Kanal in einem Abgasrohr positioniert ist, der Kanal nicht mit Abgas in Verbindung steht.
System nach Anspruch 11, wobei das Gasgeben durch den Betreiber durch eine Pedalpositionszunahme angezeigt wird, die größer als eine Schwelle aus einer Leerlaufposition ist.
System nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Niederdruck-Abgasrückführsystem mit einem Abgasrückführventil.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner Befehle zum Anpassen des Abgasrückführventils als Reaktion auf ein vorübergehendes Schließen des Volumensteuerventils umfasst.
Verfahren, umfassend: Anpassen einer Volumensteuerventilposition auf einem geteilten Abgaskrümmer eines Motors basierend auf einer Motordrehzahl; Außerkraftsetzen der Ventilposition durch vorübergehendes Schließen des Ventils während eines transienten Zustands; und Außerkraftsetzen der Ventilposition durch vorübergehendes Öffnen des Ventils als Reaktion auf einen Überdruckzustand.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Überdruckzustand umfasst, dass ein Abgasdruck höher als eine obere Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der transiente Zustand ein Gasgeben durch einen Betreiber umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der geteilte Abgaskrümmer teilweise in einem integrierten Abgaskrümmer eines Zylinderkopfs und ferner durch einen externen Abgaskanal ausgebildet ist, der zwei kombinierte, aber separate Gasströme aufrechterhält, die zu einem Turbineneinlass führen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Ventil außerhalb des Zylinderkopfs positioniert und mit einem der Gasströme des externen Abgaskanals gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ventil als Reaktion auf Motorstartbedingungen, Kraftstoff-Schubabschaltungsbetrieb und eine Anzeige von Motorklopfen weiter angepasst wird.